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关键词:新课程理念;高中物理;实验教学
【中图分类号】G633.7
在高中教学中,物理是一门十分重要的学科,高中物理知识比较难,具有抽象性,学生理解起来有一定的难度,如果只靠单纯的讲解,很难有准确的理解和把握,我们可以借助于物理实验,通过实验,调动学生学习的积极性,使他们能够更加积极主动的参与到物理学习中来。
一、高中物理实验教学中存在的问题
1、忽视学生的主体地位
在高中物理教学中,由于受传统教学观念的影响,许多教师依然把自己作为教学的主体,在物理实验中,只是自己演示实验,学生在一旁观看,学生很少有机会参与到实验当中来,他们只是看到了实验的现象和结果,不能够真正体会到物理实验的乐趣,所以使得许多学生都不愿意学习物理,对物理失去兴趣,物理教学的效果也就很难达到。
2、实验中缺乏必要的指导,搞形式主义
随着新课程改革的推进,许多教师意识到学生的主体作用,但是在实际的教学中,没有很好的落实这一理念,在高中物理实验中,教师为了发挥学生的主体作用,让学生自己进行实验探究,但是教师在探究过程中,没有有针对性的进行指导,学生在实验时,自由散漫,有些学生还出现打闹的情况,教师缺少必要的管理,只是为了贯彻一种理念,忽视了实际的教学效果,探究性实验教学目的根本达不到。[1]
二、促进高中物理实验教学的有效策略
1、树立以学生为主体的教学理念
由于长时间受传统教学理念的影响,教师在教学时,仍然以自己为课堂的主人,对学生进行知识的灌输,学生只是被动的接受知识,学生的积极性得不到调动,没有学习的兴趣,物理教学的效果就很难达到。所以教师要转变教学观念,树立以学生为主体的教学理念,在物理实验教学中,不仅是教师演示实验,也要给学生留有足够的时间,让学生自己进行实验操作,在操作过程中,感受实验的奇妙和乐趣,而且也锻炼了学生的动手能力,同时,由于学生的认知水平不同,在实验中很容易出现不同的实验结果或其他实验方法,有助于发散学生的思维,提高他们的创新思维能力,促进学生的全面发展。
2、创设合理的问题情境,指导学生实验
在传统的物理实验教学中,许多教师只是进行演示实验,学生的积极性得不到调动,加之物理知识比较难,学生理解起来有一定的难度,如果只是教师做实验,学生容易出现走神的情况,学生不知道教师演示的是什么,也不明白其中的原理,教学效果就很难达到。所以教师就应该进行适当的转变,在教学时,向学生提出一些问题,激发学生学习的欲望,引起他们的兴趣,然后教师进行指导,让学生自己进行物理实验,学生可以根据教师提问的问题,有针对性的进行实验,使学生能够全身心的投入到实验中,提高学习的效率。
在学习《曲线运动》这一问题时,教师先引导学生分析曲线运动的速度、方向,使学生对曲线运动有一定的了解,然后提出问题,沿水平直线滚动的小球,若在它前进的方向或相反方向施加外力,小球的运动情况将如何?若在其侧向施加外力,运动情况将如何?指导学生进行实验,钢珠在磁铁作用下做曲线运动的情况,或钢珠沿水平直线运动之后飞离桌面的情况。通过实验使学生明确物体做曲线运动的条件。[2]
3、组织学生进行自主的实验探究
新课程标准要求学生进行自主探究和合作探究,以培养学生的自主学习能力。教师应该根据新课程标准的要求,在物理教学中,培养学生的自主学习的能力和意识,为今后的学习打下良好的基础。在实验探究中,教师要让学生自己进行实验的设计,自己选择实验的仪器,制定实验步骤和内容,自己分析实验结果,使学生真正感受到自己的主体地位,积极的参与到学习中来,发挥自己的思维能力、实践动手能力,激发学生求知的欲望,使学生的效果效果得到明显的提高。这种自主探究的模式,不再束缚学生的思想,使他们能够说出自己的意见,表达自己的想法,充分发挥学生在课堂中的作用,使物理教学达到事半功倍的效果。
在学习《自由落体运动》这节课时,教师先把纸片团成一个小纸团,再让它和小石子同时下落的现象。提问:如果没有空气阻力,只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢如何?教师演示"牛顿管"的实验,然后让学生自主分析自由落体的含义,在此基础上提问自由落体运动使一种怎样的运动呢?它遵循什么样的规律呢?让学生根据一系列的学习,自己进行设计实验进行操作,教师为学生提供实验所需的器材,让学生自己进行实验,然后进行分析和讨论,探究自由落体运动的规律和特点。[3]
4、积极评价学生,激发学生的学习兴趣
教学评价是物理实验教学中的一部分,并且起着十分重要的作用。教师在教学时,要积极的评价学生的学习情况和实验情况,使学生树立学习的信心,更好的进行物理学习。教师在教学时,要多给予学生鼓励性的评价,用激励的方法调动学生学习的积极性,增强他们的自信心,同时引导学生进行互相的鼓励和正面评价,使他们共同进步。
结束语:
实验教学是高中物理教学中一种十分有效的教学方式,教师要充分利用实验教学的优势,努力提高学生的物理水平。
参考文献:
[1]李育民.新课程理念下的物理实验教学尝试[J].新课程学习(中),2011(1).
物理教学课改的目标就是提高全体学生的物理科学素养,让学生在学习当中掌握物理知识与技能、过程与方法,并培养他们良好的情感态度和价值观,这就对高中物理情境创设提出了更高的要求。要求教师必须精神设计课堂情境,利用课堂情境让学生能够参与到教学当中来,提高教学的实效性。为此,在教学情境设计上要考虑多数学生的需要,以物理基础知识教育为主,通过教学情境深化学生对物理基础知识的理解。比如说在学习自由落体运动的时候,教师可以准备几个体积差不多的物体如毛笔、钢笔等,让其在楼上落下,计算其下落的时间,并比较时间上的差异,看看那个物体下落的比较快,观察当中让学生讲解物体下落的过程中下落的速度与质量、体积、阻力等因素之间的关系,在此基础上讲解自由落体运动的公式等基础知识。如初速度Vo=0,末速度Vt=gt等,让学生对公式当中变量之间的关系有更加深刻的理解。这样的教学情境,针对的是全体学生,是一种全体学生都能接受和参与的课堂情境。当然,不同的教学内容对于课堂情景设置的要求是不同的,教师在教学实践当中应该根据教学内容和要求确定课堂情境创设的形式,最大程度地将全部学生纳入到教学体系当中。
二、有选择地进行课堂情境设计
在高中物理教学当中,并不是所有的内容都适合情境教学法,在使用情境教学法上应该有选择性,选择最适合的内容进行课堂情境创设。这一点,与高中物理新课改的基本要求相一致,在新课标当中强调在课程结构上重视基础,体现出课程的选择性,这就要求高中物理教师必须详细分析高中物理课程的特点,掌握课堂教学的内容,并对现有的教学内容进行认真的梳理,从中筛选出适合情境教学法的教学内容,进行课堂情境创设。至于哪些内容可以进行情境创设,笔者认为必须符合“基础性”和“选择性”的要求。所谓的基础性,也就是要针对高中物理的基础性知识点,主要是指教材上要求必须掌握的知识点,比如说直线运动、匀速直线运动等等,这些知识具有基础性的特征,知识点难度并不高,但是要想熟练地掌握,必须不断创新教学方式,让全体学生都参与到教学过程当中来,只有这样才能让全部学生熟练地掌握知识点。所谓的选择性是指在基础性知识当中,选择一些具有代表性的知识进行课堂情境设计,使课堂情境始终保持对学生的吸引力,避免因为长时间使用让学生对这种教学方式产生厌倦的情绪。
三、在课堂情境创设上必须不断创新
创新是实现进步的基本形式,也是提高高中物理教学水平的重要条件和因素。创设良好的教学情境,利用教学情境提高课堂教学的效率,是高中物理应用情境教学法的基本目的。但是一种教学方法如果在内容和形式上不进行创新,久而久之学生对这种教学方式就会产生审美上的疲劳感,这种疲劳感会让学生的注意力下降,同时也会影响到学习的兴趣。在物理教学课改当中,提倡的是教学手段的多样化,在这里也包括教学方法的多样化,除了类型上的多样化之外,还包括教学内容和形式上的多样化。因此,高中物理教师在运用情境教学法,创设教学情境的时候,必须不断地创新课堂情境的内容和形式,利用课堂情境创设的创新,保持对学生学习的吸引力,只有这样才能达到物理教学课改的基本要求。为此,高中物理教师要采取多种手段创设教学情况,既可以利用多媒体创设,也可以利用课堂模式的方式创设,还可以利用户外活动的方式创设,保持课堂情境创设的新颖性。同时,为了创新教学的内容,教师还要广泛地收集教学素材与资料,并与教学结合起来,利用教学素材和资料的创新,让学生在不同的课堂情境当中来学习知识,提高学习的专注度和学习的效率。当然,有条件的学校可以直接在物理实验室中教学,在真实的情境当中可以有效地提高学生的专注度,以达到更好的教学效果。
四、在课堂情境创设中增加评价的环节
1.1书面测试的考试方式对实验教学的影响
目前对于学生的实验能力考查都只在书面测试中体现。虽说高考试卷中有独立的实验试题,但受到测试形式的制约,学生的实验能力难以在试卷中比较完整地得到体现,这就导致教学中出现不用做实验而只通过“讲实验”也能应付考试的现象。另外,对高中生的实验操作能力的现场考查也取消了,更不利于实验教学的开展。
1.2教学时间的影响
现在新课程设置的学科课程模块化,选科分班之前物理学科的周课时数只有两节,要完成相应的教学内容以及完成一定数量的巩固习题,这就促使教师在实验教学中尽可能地少花时间:将学生分组实验改成演示实验、将探究实验改为验证实验、将定量实验改为定性实验,少做或是不做实验。
1.3高考方案的影响
现在江苏省的“3+学业水平+综合素质评价”的高考模式,使物理学科处于比较尴尬的地位,甚至出现担心学生物理学科的学习,会影响学生语数外学科学习的现象。而在高校录取中,选修学科的等级计量方法和不同高校对于等级要求的差异,也弱化了学生主观上对物理学科的重视程度。学生学习物理的兴趣与热情势必也将影响对于实验的投入与专注。
2实验教学认知中的几个误区
2.1做实验总比不做好
案例:在“几种常见的磁场”课堂教学中,教师让学生分组做实验,利用细铁屑显示条形磁体和蹄形磁体周围的磁场分布情况。
许多教师总认为做实验总比不做实验更能体现物理学科的特点,因此在课堂中总是尽可能地引入实验的内容。其实,一节课是否需要实验,要看该实验的内容是否符合本节课的教学设计,是否能为本节课的教学目标服务。
2.2分组实验比演示实验好
案例:在“简谐振动”的课堂教学中,利用提供的漏沙摆和长木板,教师让学生做分组实验去探究振子的位移随时间的变化规律。但实验过程中有些小组漏沙摆的摆角偏大,有些小组沙子漏的太快,有些小组长木板拉动的速度不恒定,导致许多小组的实验结果不理想。
分组实验能培养学生的动手能力、合作能力,提高学生的参与程度,能让每个学生亲历实验操作过程。但分组实验过程中不确定因素较多,特别是一些条件比较苛刻的实验,分组实验的效果更加难以预测。再加上现在教学时间偏紧,教学任务重,不妨将某些学生分组实验改成教师的演示实验,同样也能达到实验教学的目的。该案例中的实验采用教师演示的方式,实验效果会更好。
2.3定量的实验比定性的实验好
案例:在“几种常见的磁场”课堂教学中,教师借助于传感器精确地测量出了通电螺旋管内部一些点的磁感应强度,然后就下结论说“通电螺旋管内部的磁场是匀强磁场”。
定量的实验能比较准确地揭示物理规律,而且许多物理规律也都是采用定量化的表示方法,因此实验过程中容易导致对定量化的一种依赖与追求。但定性的表示能比较宏观地反应物理规律,也具有定量实验所无法比拟的优势。案例中的定量实验固然准确直观,但仅从几个测量点的磁感应强度就得出结论,显得不够全面。若用铺有细铁屑的纸片插到螺旋管内部,就会发现纸片上的细铁屑基本上是分布均匀的,由此也可以直观地得到螺旋管内部磁场的分布特征。这种定性的演示能直观、完整地显示螺旋管内部各部分磁场的分布特征,相比于定量实验更具有说服力。
2.4技术含量高的实验比传统的实验好
案例:在“探究功与物体速度变化的关系”课堂教学中,在得出了功和物体速度的实验数据后,教师就借助于计算机对实验数据进行拟合,发现功和速度的关系图像是曲线,功和速度的平方关系图像是直线。由此得出该实验过程中功与速度的平方成正比这一结论。
案例中借助于计算机拟合实验数据的处理过程固然快捷、直观,但学生却不能理解各个实验数据的取舍、拟合的依据。让学生使用传统的在方格纸上描点作图的方法去找规律,虽费时费力,但却可以让学生体验实验数据的具体处理过程。
2.5学生分组实验时教师可以“忙中偷闲”
案例:学生分组实验时,教师要么在教室内来回走动、要么参与小组交流讨论,对实验细节进行点拨引导。教师的行为显得比较随意。
在学生分组实验时,教师需要完成三项任务:一是面上巡视,查看各个实验小组是否能正常开展实验。若存在实验仪器故障等不能正常实验的,需及时给予帮助,使其能顺利开展实验;二是查看实验操作过程中技术或程序出现问题的小组,及时加以记载并提出修改意见;三是寻找实验过程中操作规范、效果显著的实验小组,或者实验过程中有创新之处的一些做法,及时加以记录。在实验结束时适当对实验过程中出现的问题和值得推广的一些做法加以总结,给更多的学生以提醒和参考。
2.6课堂中实验安排的时机具有随意性
案例:“自由落体”这一节的课堂教学中,上课开始教师就说“下面我们来看一个实验”,然后就演示了将一张白纸裁成相同的两半,将其中一片揉成纸团,让其同时从同一高度由静止释放,比较纸片和纸团下落的快慢。在得出了自由落体的概念后,教师就说“下面让我们用实验探究的方法来研究自由落体的规律”,就让学生分组实验,探究重锤自由落体运动过程的速度、加速度特征。
诸如此类的课堂教学中借助于实验引入新课和探究物理规律,好像是很自然的事情。但若仔细考虑一下,为什么要做这个实验,什么时候做这个实验,这样的问题很少被教师所重视。物理学是建立在实验基础上的学科,所以需要通过对一些物理实验现象的观察引发对现象背后物理本质的思考,需要通过实验去验证或探究一些隐性的物理规律。比如案例中的背景是需要研究“物体下落快慢的规律”,需要总结不同的物体下落的快慢与哪些因素有关系。然后再比较“相同质量不同形状的物体下落快慢情况”、“质量不同的物体下落快慢情况”等。纸片和纸团的对比实验,在这样的背景下才有意义。这就需要教师在做实验前给出适当的交代。在实验前没有铺垫,没有适当的过渡性解释而直接进入实验,就会产生实验教学与概念、规律的教学有拼凑之感,显得不自然。
3对实验教学的几点建议
3.1认识到实验应有的教学功能
首先,教学的任务不仅仅是应对考试,若教学沦落为考什么就教什么,势必导致教学的片面性,教学的三维目标难以得到落实。若只是通过“讲实验”肯定不能提升学生的实验素养与能力。其次,实验教学过程不是浪费时间,因为在实验过程中除了培养学生的动手操作能力、合作交往能力之外,分析能力、判断能力、逻辑推理能力等也能得到提升。最后,江苏省的高考方案出发点是好的,只是在对教学结果过度的功利化追求会导致物理学科教学的异化。物理教师的职责之一是要不断提升学生的物理学科素养,学生的实验能力就是必备的物理素养之一。所以,教师不仅仅是帮助学生追求更高的考试成绩,更应该站在培养学生综合素养的高度去认识课程,能动地、智慧地践行课程。
3.2明晰实验的教学目标
实验也应该有具体的教学目标。首先,可以将实验分为记忆(实验仪器的名称、用途、主要结构和操作规则等)、理解(实验原理和操作步骤等)、综合(结合具体的实验条件进行有目的的实验等)、运用(创造性地运用实验探究规律,解决问题等)四个认知层面的目标。从操作层面可以将实验分为模仿(学生对教师所做的示范性动作进行仿造的行为活动)、定势(学生在模仿的基础上,能连贯地完成操作并基本符合要求)、熟练(学生在具备了定势操作之后达到熟练自如的操作程度)、自动化(学生在掌握一定数量的操作技能的基础上能创造性地完成实验操作)等四个操作层面的目标。任何一个实验都对应有具体的教学目标,有了目标才能对实验教学进行准确的定位,才能对实验教学过程和结果进行恰当的评价。
本节课是《普通高中物理课程标准》必修二第七章第七节中所涉及的内容, “动能和动能定理”的学习,可以使学生深入理解功能关系,是高中物理的核心概念之一,也是本章乃至整个力学的重点之一,为其他学科和今后的学习打下基础.
2 学情分析
本课针对高一学生,学生基础较好,思维比较活跃,从知识准备上,由于学生在初中对物理有一定了解,并学习了牛顿运动定律相关知识,且对功和能的概念有了认识,并且通过第六节的实验探究认识到做功和物体速度变化的关系即W正比于速度的平方的基础上,但是由于初中学生还没有深入学习功能关系,所以容易凭借生活经验形成错误的潜概念理解,本课的内容与我们的生活实际息息相关,所以本节课,我将在培养学生思维转换的基础上,联系实际力求将STS的理念以及辩证关系渗透到本课的教学中.
3 教学目标
知识和技能方面.第一,学生要理解动能的概念,理解动能定理的物理意义,并进行相关的分析和计算,第二,深入理解合外力做功的含义,第三,学会联系实际运用和解决动能定理相关问题的步骤.
在过程和方法上,掌握恒力和变力分别作用下动能定理的推导,并且学会对比分析动力学知识与动能定理的应用优势.
在情感和价值观方面,学生通过类比学习,归纳推导,培养科学探究的兴趣,逐渐形成认真严谨的学习态度.
4 教学重难点
(1)重点:对动能概念的理解;动能定理的理解和应用
(2)难点:[JP3]深入理解功能关系并利用动能定理解决实际问题.
5 教学过程
5.1 复习回顾,引入新课
教师活动1 运用视频资料,1998年上海虹桥机场一飞机紧急迫降时,由于巨大机身与轨道摩擦产生爆炸这段视频,让学生回顾初中对动能的认识,以及思考为什么会引发爆炸这一现象,进而引出课题.
学生活动1 让学生交流,思考飞机迫降的巨大动能最后为什么消失了?
设计意图 调动学生的思考,锻炼学生从现象探究本质的思维,并且体会我们生活中处处存在物理.
教师活动2 提出以下问题:
(1)在必修一学习速度这一物理量的时候,为什么会引入速度这一物理量?
(2)我们初中对物理的了解,知道物体会由于运动而具有能量,那么我们用什么来描述这一物理量呢?
学生活动2 学生代表发言回答问题1,并思考问题2,能明确为了描述物体空间运动变化快慢而引入速度.
设计意图 回顾知识,并通过思考从“为什么引入这一物理量的角度”,用类比的思维方式引出对动能的学习.
5.2 新课教学
5.2.1 动能
教师活动3 利用多媒体展示以下问题
一个物体在只受牵引力作用下,从A位置沿直线经过位移x到B位置,A点初速度为va,B点速度为vb,这一过程中物体的动能如何变化?发生这种变化的原因是什么?
学生活动3 学生动脑思考,头脑中建立模型,交流讨论后发言.得出物体速度越来越大,所以动能越来越大和由于这个过程牵引力做功,导致动能增加.
教师活动4 教师归纳总结动能的定义,公式,单位以及注意事项.
5.2.2 动能定理
教师活动5 给学生展示以下物理情境,计算,讨论并总结以下过程中功能关系的关系式.
(1)一物体质量为m,从高度h处,做自由落体运动,下落h后,速度变为v1.
(2)物体质量m,在只受力F的作用下,沿初速度v0的方向运动,经s位移,速度到v2.
学生活动4 分别计算并归纳两种情境下,物体各自所受的力做的功与他们对应的机械运动过程中的动能的变化.
设计意图 让学生自主发现,归纳总结,同一运动过程中,物体所受力做的功同动能的变化的关系,从理性上,认识功能关系,认识数学知识与物理内容之间的交叉运用.并且锻炼了学生的归纳推导能力.
教师活动6 教师评价并总结单个力作用下,功和能的具体计算关系.再引发学生思考,如果多个外力的合力做功,它会导致什么能量发生变化.举例,物体质量为M,在受拉力F′和地面给的摩擦力f的作用下,沿直线由速度v0,经s的位移,速度达到到vt,在这样的物理情境下,分析计算各个外力做的功,以及合力做的功,同时计算初状态和末状态时分别的动能大小.
学生活动5 分组讨论并计算,将推导总结出结果,发现同一过程中合外力做的功数值上等于这一过程初末状态动能的变化.
设计意图 从单个的力作功与动能变化多少的关系深入并类比到合力作功引起的动能变化,让学生思维循序渐进,并且自己计算推导的过程,加深对功能关系的理解.
教师活动7 评价学生分组交流讨论后的结果,总结动能定理的定义,公式,以及单位.并且总结:从数学角度动能变化有正有负,也恰恰符合之前所学习的做功有正有负.继续提出问题:让学生在以一物块做匀速圆周运动从起点A绕一圈又回到A点这个背景下,从三个角度尝试探究功能关系:
(1)全过程运用牛顿运动定律分析;
(2)运动过程中找一中间点,分为两部分运用动能定理分析;
(3)全过程中运用动能定理.
学生活动6 分组交流讨论,并且计算分析,这个运动过程中三个角度分析问题的优缺点.
教师活动8 评价学生结果,并总结牛顿运动定律和动
验现象要突出、明显,给学生出乎意料的震撼,也可以在实验之前,让学生猜测实验现象,若猜对,可以培养学生自信心;若猜错,可激发学生的求知欲.如在“惯性”一节教学中,笔者设计了如图2的实验:塑料球和金属球分别悬于矿泉水瓶中,当瓶子向一方移动时,两个球分别向相反方向移动;在说明“静电除尘”效果时,用铜棒穿过矿泉水瓶轴线、铝箔纸粘于瓶内壁分别作为除尘的两极,如图3.
2.3 设计对实验现象讨论的问题
[TP4GW41.TIF,Y#]如何引导学生分析、讨论实验现象,是本教学设计的.教师在课堂教学前,预设有梯度的问题,指导学生讨论的方向.如在瞬时速度教学中,针对学生难以理解“当Δt0时,[SX(]Δx[]Δt[SX)]就表示瞬时速度”这一点,设计了图4实验,采集了表1所示数据,预设如下问题.
问1:第一组实验得到的速度比车头速度大还是小?
问2:[JP3]表中四组实验得到的速度呈现出什么规律?如何解释?
问3:猜一下车头通过光电门时的速度约是多少?
问4:怎样精确测定车头通过光电门时的速度?
问5:若实验中,对速度要求“精确到两位有效数字”,哪一组可以表示车头通过光电门速度?
问6:由此可得出什么结论?
讨论过程中,指向明确且有梯度的问题,既可以指导和驾驭学生讨论方向,又可以培养学生良好的逻辑思维能力.在教学实践中,由于学生受到心智、经历等因素的限制,有些在教师看来顺理成章结论,却无法提炼出来,这时候教师切勿越俎代庖,一定要留出足够的时间,让学生展开充分讨论.讨论的过程就是对物理规律和概念的理解过程,充分的讨论使学生更加牢固的理解知识的内涵和外延,有利于学生应用知识,同时提高教学质量,杜绝思维很快、但思考很浅的现象.
2.4 形成实验结论
经过对实验现象的深刻讨论,得出客观的规律,是本教学设计最终目的.在层层深入的问题的引导下,逐渐剔除表面、肤浅的认识,学生在脑海中慢慢形成概念和理解规律.虽然学生不能用流畅的语言完整的概括实验现象揭示的规律性的东西,但这不影响对规律的理解.概念的形成是首要的,其次才是名称(赵凯华语).
3 基于实验情境的教学设计的意义
3.1 让教学设计充满挑战
传统的教学设计主要根据《教学大纲》、《学科指导意见》等确定的重、难点设计教学过程.作为一般性的教学指导用书,《教学大纲》或《学科指导意见》仅从知识本身分析教学,缺乏对学生实际情况的调研,针对性不强,依据此设计的教学过程往往无法回答学生的疑惑,教学效果较差.“调查问卷”形成“反馈单”反映了学生中普遍的又具有个性化的问题,这些问题是无法预设的.针对学生的问题,设计实验,用实验现象说明问题或引发思考和讨论,这样的教学设计过程对教师充满了挑战.如在“电表的改装”一节教学中,笔者把问卷调查前后的教案中一个片段做了对比.
问卷调查前
环节一:灵敏电流计的内阻
展示灵敏电流计内部结构,如图5.告诉学生线圈由很长的铜导线绕成,所以电流计有内阻.
问卷调查后
环节一:灵敏电流计的内阻
①设计如图6所示电路,在A、B间接发光二极管,二极管正常发光.说明A、B之间有电压(很小).
②问:能否将灵敏电流计接在A、B之间?
③把灵敏电流计接在A、B之间,电流计偏转一定角度.
④展示图5,介绍电流计的内部结构.
修改目的
在初中教学中,认为电流表内阻为零.所以学生在“问卷反馈单”非常集中的反映无法理解“电流表有内阻”.
两个教案都重视了对电流表内阻的教学.但修改后的教案更注重用实验带给学生的直观体验,同时在操作实验前的设问,激发了学生的迫切看到实验效果的欲望,教学效果显著,给学生留下深刻印象.
基于实验情境的教学设计,因为了解学生的问题,所以在课堂教学中紧紧抓住学生.在实验基础上,形成了探究问题,创造了思维环境,通过对实验的讨论破解学生的疑惑.
3.2 提高了学生学习的主动性
关键词:优化课堂培养能力
一、巧用实验激趣,培养创新能力。
物理学是一门以实验为基础的自然科学,物理实验综合了实验原理、设计思想和方法、实验操作和观察、数据分析处理等多个方面的知识和能力。同时实验最能引起学生的注意力,激发他们的学习兴趣。教师最好设计一些探究性、开放性的实验,在教师的适度引导下,通过学生动手动脑,发现问题,解决问题。不但构建了知识,提高了实践能力,还培养了学生的创新能力。
1.为了学生有更多的动手机会,强化学生的感性认识,培养学生的实际操作能力和细致的观察能力,把部分教师演示实验和课外小实验改为学生课堂实验,增加学生自己动手的机会。把课本中一些原理和方法比较简单、仪器易取易读的演示实验改为堂上实验是比较有效的方法。例如,我在高中物理教学中,把“用弹簧秤研究作用力与反作用力的关系”(试验本第一册图5-9)、“平抛运动的竖直分运动是自由落体运动”(试验本第一册图6-13)、“观察摆动机械能守恒的实验”(试验本第一册图9-23)、“单摆简谐振动图象”(试验本第一册图11-4)等实验全部改为课堂学生小实验,让学生自己动手独立操作,通过认真观察和思考得出结论,实践证明,这样一方面使学生由被动手独立操作,通过认真观察和思考得出结论。实践证明,这样一方面使学生由被动学习变为主动探索,大大地调动学生学习的主动性和积极性;另一方面也直接培养了学生的实际操作能力,细致的观察分析能力,和自我解决问题的能力,比单纯由教师演示实验的效果好得多。
2.把部分验证性实验改为探索性实验,培养学生勇于探索、敢物实践和善于创新的精神,既探求科学的精神。验证性实验一般是在对研究对象有了一定认识之后,根据已知的理论,对一些现象过程的存在、原因或规律检验其是否正确而设计的实验,它在实验目的、方法、原理方面起到了示范性作用,但不利于创新精神和能力的培养。我在物理教学中尝试将验证性实验改为探索性实验,在实验思想上进行创新设计,让学生充分动脑、动手,发挥学生的学习主体作用,培养学生的创新性思维和意识。
如在高一物理“牛顿第二定律”一节教学中,我进行了如下创新设计:①把演示实验改为学生实验,定性研究小车的加速度与哪些因素有关,并引导学生用分析法总结出小车的加速度与小车质量和所受外力有关。②鼓励学生猜想加速度与质量、外力三者间的定量关系。③运用较精密的气垫导轨进行定量测定实验,利用倾斜导轨上的滑块重力的下滑分力代替砂桶的拉力,研究滑块质量不变时加速度与外力(改变导轨的倾斜度来改变外力)的关系,借助多媒体电脑软件自动计算出加速度和外力的数值,这些数据在大屏幕电视上显示出来;保持砂桶重力(近似认为是滑块受的外力)不变,改变在水平导轨上滑块的质量,研究加速度与质量的关系,同样利用电脑软件得出不同质量时应加速度的数值。并启发学生根据实验数据采用“比值法”或“作图法”直观得到“质量一定时,加速度与外力成正比;外力一定时,加速度与质量成反比”这一结论。④引导学生应用理论思维,推导出牛顿第二定律。⑤进一步引导学生应用“特殊”“一般”的科学思维方法得出牛顿第二定律的更一般表达式F合=ma,并由“一般”“特殊”导出F合=0时,物体处于平衡状态这一结论。这种以学生操作和思维活动为主的教学设计,增大了课堂容量,加强了实验的探索功能,从定性的研究到利用现代教学媒体进行比较精密的定量探索,突出了实验的设计思想,展现了知识和规律的发现形成过程,对学生大胆实验,主动探索物理规律起到了积极影响。
二、引导自行探究,培养创新能力
我们在实践中总结出了"设疑激趣、指导探究、启发思维、评价总结、应用迁移"的五环节课堂教学模式,在引导学生自行探究科学的活动过程中培养其创新能力方面作了一些初步尝试。
1.设疑激趣,提出假说
布鲁纳说过:"学习的最好刺激乃是兴趣。"因此,在教学中教师首先要创设情境,制造"悬念",放手让学生观察、实验、思考,让具体的自然事物、有趣的自然现象紧紧吸引学生,激活学生思维,多而使他们产生强烈的探究欲望。
比如在《物体的热胀冷缩(二)》教学中,课伊始,我便对学生说:"咱们用塑料瓶和硬币做一个游戏,"讲清游戏规则后,学生们怀着好奇心开始玩,不大功夫,只听学生惊喜地叫道:"呀,硬币跳起来了!""还‘扑扑’地发出声音呢!""硬币为什么会跳起来呢?"我不失时机地问:"你认为是怎么回事呢?"提出一个开放的发散思维的问题,学生的情绪一下子活跃起来,对这个问题作出了种种假设:可能是水槽中的热气将它顶起来了;可能是塑料瓶受热膨胀将硬币顶起来了;可能是瓶内的空气将它顶起来了;可能是硬币上的水变成水蒸气要往外跑,所以把硬币顶起来了……。发散思维是创造活动的起点,这一学习活动,既促进了学生积极思维,又能形成下面探究学习的动机。
2.指导探究,丰富感知.
实践、探索的过程是创新的过程。要让学生去创新,就必须放手让他们自己实践,勇于探索。如何保证学生能够围绕中心问题进行实践、探索呢?在于教师提供有结构的材料。所谓有结构的材料,是指这些材料在使用时能揭示自然现象间的某种关系。
如《物体的热胀冷缩(二)》教学中,我给学生提供这些实验材料:烧瓶、带直(弯)玻璃管的胶塞,红墨水、肥皂水、滴管、毛巾、软塑料瓶、瓶盖、汽球、饮料盒、胶带、水槽、热水、冷水。让学生熟悉这些材料后,根据思考提纲自行设计实验方案。由于准备的这些材料紧紧围绕揭示"气体的热胀冷缩"这一主题,从课堂教学效果看,各个组都设计出了比较理想的方案:有的用汽球套在塑料瓶上,放入热水和冷水中实验;有的先把塑料瓶捏瘪,盖好盖,再放入热水和冷水中实验;有的用胶带把饮料盒的口封住,放入热水和冷水中实验;有的用烧瓶和带玻璃管的胶塞,用手捂和包冷毛巾实验;有的将红墨水用滴管滴入玻璃管放入热水中,,但红墨水流了出来……学生在足够的时间内充分地实践和探索,获得丰富的、初级的、创新的感性体验,为进一步研究和深入认识打下基础。当然,学生的这些行为,对平常人来说是极其普通而简单的,可对小学生,自己找出来,不能不说是他们创造活动的结晶,"行虽微而旨趣远",是学生创造精神的表现。
3.启发思维,讨论探究
学生获得足够的感性材料后,教师要引导学生整理、加工事实,进行思维加工。
(1)整理事实,以说促思
学生获得的感性事实是比较混乱的,缺乏条理性。教师引导学生通过语言把各自收集到的事实以及对事实的看法进行相互交流,活跃学生的思维,充分发挥他们的想象力、创造力。如在《物体的热胀冷缩(二)》教学中,有这样一个讨论片断:一个学生答:"饮料盒放入热水中,盒鼓起来了,放入冷水中,又瘪了。"另一个学生马上反驳到:"我们组的饮料盒放入热水中鼓不起来。"这时,我插话到:"你们两个组的实验条件中�热水中�相同,但出现了不同的现象,是不是盒子的原因呢?"接着引导两组同学对饮料盒进行比较,结果发现鼓起的饮料盒口被密封了,没有鼓起的口开着,宣布完这一发现后,又有同学立刻说:"没有封口的饮料盒里的空气从口上跑走了。"这样,通过对事实材料的引导、梳理,强化了学生的认知过程,并使创造实践活动取得创造性成果。
(2)研究事实,发展思维
在学生整理事实时,教师见机提出问题,挑起矛盾,巧妙地促使学生发表不同意见,将讨论的中心置于学生之中,使学生结合自己和别人收集的信息,进行分析、判断、归纳、甚至争论,从而找出其中的规律。如在《弹性》一课教学中,学生对收集到的事实进行整理后,一个学生答:"我发现皮筋、弹簧……橡皮泥有弹性,木块……没有弹性。"三个同学同时反驳:"不对,橡皮泥没有弹性"我适时引导:"说说你们的理由。"学生立刻说:"橡皮泥虽然能捏扁、搓长,但松手后它还是扁的、长的,不能再变成原样。"……这样,学生在不同意见的发表与争论中,用自己的语言概括出科学结论,这符合从感性到理性,从具体到抽象的认识过程。同时,学生的创造性思维得到了充分的锻炼。
4.评价总结,归纳达标
通过前三个环节的活动,学生得到了信息与思维的结果,教师对小组和个体的整个学习活动进行鼓励性评价,使学生体验成功的喜悦,将假说上升到结论、规律。如《物体的热胀冷缩(二)》中这样设计:"刚才同学们和老师的实验都成功了,说明我们只要掌握了设计实验的要领,都能设计出成功的实验。通过这些成功的实验,我们发现了什么?"
5.应用迁移,释疑解难
1.必须从科学的本质来把握科学素养的内涵
人们通常从对科学的狭义观的认识出发,总是把科学教育仅仅理解为科学知识的传授,把科学素养仅仅理解为具有一定的科学知识,而在我国的传统教育中相应地也就把自然科学的基础知识与基本技能,即所谓“双基”作为科学素养的唯一内涵。显然这种认识是有局限性的。这是因为,倘若教师在科学教育中仅仅强调科学事实,那么学生就会认为科学是事实的堆积;倘若只强调科学的概念,那么学生就会以为科学是一连串的概括;倘若教师只强调科学的原理,那么学生就体验不到科学探究的过程和科学对自然现象的解释与预见的功能。因此,在我们的科学教育中,如果不能超越事实、概念与原理的局限,是难以促进学生科学经验的形成的。
与此不同,如果我们能从对科学的本质认识出发,效果就两样了,这是因为:既然科学探究是科学过程的本质特征,是科学的核心所在,当然过程、方法与能力就成为学习科学者必须培养的素养;既然科学就其结果讲是通过探究活动取得的对自然的认识,科学知识与技能当然应当是一个重要素养,科学活动应经受科学道德与一般社会道德的双重约束,这种约束的结晶就是科学态度、情感与价值观,也就是科学精神,它正是科学活动的规范,所以,科学态度、情感与价值观应成为科学学习者培养的又一科学素养;科学技术是第一生产力,是全社会的事业,对科学、技术与社会关系的认识也就很自然地构成科学素养的又一要素。这样,科学课程,以全面培养每个学生的科学素养为目标的科学教育,其科学素养的内涵就应该包含四个方面:一是科学知识与技能,二是科学过程、方法与能力,也就是科学探究,三是科学态度、情感与价值观,也就是科学精神,四是对科学、技术与社会关系的认识。
在教学中如能紧密结合学生实际,将四个方面整合好,我们的科学教育就必然会有效地促进学生科学经验的形成、科学素养的提高。近年来,在我国教育部基础教育司直接领导下进行的科学课程改革,在课程标准中明确把上列四个要素作为构成课程目标的四个方面,并提出了具体要求,从教改实验区实施的效果看,成效是明显的,其中最可喜的一点是激发起学生学习科学、探究自然的浓厚兴趣。
2.对科学与科学本质的认识
科学是反映自然界客观规律的知识体系,这是不少人对科学的一种普遍的理解,但是应当指出,这是一种狭义的理解,是不全面的。科学作为对自然界客观规律的认识,不能离开认识过程,所以如果从广义上看,科学实际上是一种特殊的社会文化探究活动,这里有两点应当强调:一是科学就其过程来说是一种对自然的探究活动,而作为知识体系的科学理论只是这种探究活动的结果;二是科学是一种特殊的社会文化现象,它是只有在特殊条件下才有可能得以产生和发展的探究活动。因此,我们认为对科学更为全面的理解应当是,从科学活动的结果讲是科学理论——一种知识体系,而从科学活动的过程讲是科学探究。
如果我们综观人类社会的发展历史,就会发现各种文化形态的神话、宗教、艺术、历史、哲学和科学作为人的认知活动,都曾经各自在一定程度上刻意描述和说明自然现象,试图具有认识自然的功能,但是历史证明,在这众多的文化形态中只有科学才为人类提供了认识自然的精确而有效的工具,虽然科学不是绝对真理,但是自从科学产生以来,人类对自然的认识总是愈益正确和深入。原因正是由于科学在认识自然上所具有的一种“探究性”使然。科学的目的在于求真,科学家对自然的认识决不停留在事实的层次上,更不是采用引经据典、诠释经典,然后逻辑地演绎出关于自然现象的论述,而是进一步透过现象,深入事物的内部,提炼出反映事物本质属性和内在规律的各种“概念”和“定律”来,而这个过程正是通过探究来完成的。所以,我们认为“探究性”是科学作为科学的核心所在,是科学所具有的首要特征。
进一步分析,我们必须回答的是科学的本质属性究竟还包含哪些内容,哪些方面?搞清这些,对于深刻而全面地认识科学,进而教好、学好科学都是很重要的。
一是多样统一的自然界是科学探究的对象。
自然界不同物质形态之间,不同运动形式之间呈现出的是一幅多样又统一的画面,各个系统之间通过物质、能量与信息的交换而发生相互作用,并且相互交织、渗透,从而不断运动变化着,为我们展示出一个瞬息万变、绚丽多彩、多样统一的面貌。以人体的生命活动为例,一方面人体内部的消化、呼吸、循环、泌尿、运动、生殖、神经和内分泌八个系统,密切联系,相互配合、制约,共同完成人体的新陈代谢、生长发育、生殖与运动等生命活动,从而使人体成为一个统一的整体;另一方面人体又与外界环境之间进行着物质、能量与信息的交换,体现出人体与环境的统一。自然界的这种运动变化是有规律的,而这种规律是可以被人们所认识的,科学家们通过智慧并借助扩展感觉的工具,在探究自然的科学实践中确认了这一点,宇宙作为一个巨大的孤立系统,其中的基本规律各处是一致的,探究宇宙一部分所获得知识也适用于其他地方。例如,关于运动与重力的同一规律既可解释地球表面的自由落体运动,也可解释月球和其他行星表面的自由落体运动,科学家就据此计算出了人造卫星的运行轨道。所以,更全面地讲,我们所探究的自然界这个对象是一个可以被人们所认识的,多样统一、有规律地运动变化着的整体(综合体)。这一点告诉我们,对科学教育来说,单纯地分门划类的学科教育是不够的,还必须创设条件,让学生也能从整体上来认识自然,了解科学。这一点还告诉我们,在科学教育中重要的是引导学生从纷繁复杂的自然现象中通过观察、分析去探究规律,认识它并学会应用它,把握好科学的基本观念而不是死记一个个定义、公式与定理。
二是科学是一个具有可验证性、真理性和开放性的系统,它的可验证性与真理性决定了它对自然现象具有解释与预见功能。
由于人们认识的局限性,在一定历史条件下,所获得的关于自然界的科学知识只能是相对真理,但它包含着绝对真理的颗粒。由于科学理论是通过逻辑推理与实验活动而获得的,并经受过经验事实的检验,所以它是客观真理,也就是说科学具有真理性的特征,反映的是人们对自然规律,亦即自然本质的认识,并且它还具有相对的稳定性。这从科学规范里可以看得很清楚。一般而言,科学的规范总是修正而不是摈弃,其结构特点往往是保留、培育更为精确和变幻被更为广泛的认同。例如爱国斯坦在表述相对论时并没有抛弃牛顿的运动定律,而是进一步说明,它只是在更为普遍的概念中一个有限范围内应用的近似。为此,科学对自然现象具有解释与预见的功能。而可验证性正是科学与伪科学的根本区别所在。
另一方面,已有的科学理论因为是相对真理,所以又只能在一定的条件下与范围内适用,牛顿力学就是如此。随着客观条件的变化,人们认识能力的提高,科学知识会不断发展与进步,新的观察常常会对已有理论提出挑战,知识的变化就不可避免。在客体作高速运动情况下,牛顿力学就得由相对论力学来代替,因此,科学是一个开放的系统。当然还应当指出科学也不能解决所有证明或反证。
以上,明确回答了科学的内在基本属性与作用。这一点告诉我们,在科学教育中必须重视科学实验与逻辑思维能力的培养;它还告诉我们既要引导学生认真学习已有理论,又要防止把它视为永远不可逾越的认识顶峰,从而扼杀学生对科学进一步探索的向往与寻求发展的乐趣。即使科学方法也不是一成不变的,所以科学方法教学也不应程式化。
三是科学活动应经受科学道德与一般社会道德的双重约束。
科学的目的在于追求真理;科学是理智的探索与追求;科学是实事求是的事业,创新是科学的生命,这就要求科学家必须在其个性、情感、态度等方面体现出一种求真、理性、务实与创新的科学精神,自觉接受科学道德的约束。同时科学家共同体也是一个小社会,要使这个小社会正常而有效地运行,科学家也需要由一些社会化的规范来约束,也就是科学道德的约束,否则就会产生种种越轨现象,不利于科学事业健康、有序地发展。这里有一个科学家正确对待自己、正确对待他人和正确对待科学事业的问题。另一方面,科学活动就像一把双刃剑,对社会既有正面作用,也有负面影响。像原子能利用、克隆技术等都是如此。我们就是要让科学技术成为促进社会进步的力量,防止与抑制其对社会的负面影响,所以科学活动还必须接受一般社会道德的约束。这里揭示的是科学与人文不可分割的关系。
作为一个现代社会的合格公民,面对社会各种问题同样有一个如何对待的问题:解决日常生活、工作中的各种问题,都有一个如何去解决的思路与探究过程。特别是在科学技术迅猛发展,并且渗透到人们的工作、生活乃至思维领域各个方面的今天,每个公民都会面临各种如何对待与运用科学去处理各种问题的决策与过程,所以基本的科学道德与一般的社会道德对于现代合格公民,不论从事什么职业同样都是必不可少的,差别仅在于程度与着重点不同而已。
这里从精神方面回答了科学的外在属性,它告诉我们科学本身就蕴含着道德因素、人文因素,我们在教学中不应把科学精神与人文精神分割开来,而应当统一起来,和其他课程与教育环节一起,共同为提高学生的思想、道德水平与社会责任感而努力。
四是科学技术是第一生产力,是一项全社会的事业。
科学可以转化为技术,变为改造世界的物质力量,科学技术不仅是第一生产力,而且是先进生产力的集中体现与主要标志。今天,它已经对经济与社会发展起着决定性的作用,正因为科学在促进社会物质文明和精神文明中的作用和科学的发展也有赖于社会各方面的支持,科学的社会功能与它的这种和社会之间的互动关系,才使我们清楚地看到科学不仅仅是科学家的事业,而且是一项全社会的事业,每个公民都应当关注科学的发展。
这里进一步揭示了科学的性质和它与技术、社会的关系,或者说从社会文化方面阐明了科学的外在属性。这一点告诉我们,在科学教育中不应把科学与技术、社会分割开来,就科学谈科学,脱离学生生活实际与社会实际,从而抑制学生学好科学服务自身、社会、振兴中华的意识与实践,进而为全人类奉献服务的意愿。
二、立足学生的发展,全面提高其科学素养
为适应经济增长、社会进步与科技发展对我们的挑战,全面提高全民族的科学素养,增强我国科技创新能力,我国正在进行着一场意义深远的基础教育课程改革。在改革实践中,我们愈益深刻地认识到科学课程应当把全面培养学生的科学素养作为目标,为他们的终身发展奠定基础。要实现它,下列几个方面是很重要的。
1.精选科学的内容,体现基础性、选择性、整体性、开放性与时代性的统一,使学生获得最有价值的知识
在科学技术知识迅速增长的今天,学习什么样的知识愈益成为科学教育必须回答的问题。为了给学生终身发展奠定坚实的知识基础,基础教育中的科学教育内容必须精选,这里有几点值得关注,一是要适应学生心理特点与认知规律;二是对每一个学生的共同需求来说,应当对他们的终身发展是必须的和基本的(适应个性发展、供学生自选的拓展内容则不受此限,但同样必须认真精选);三是要反映当代科学技术发展的新成果,让学生了解一些他们能够接受的现代科学技术知识;四是注重与社会现实生活的密切联系,使学生对科学、技术、社会、自然之间的关系有一基本的认识;五是要反映自然的统一性、科学的整体性,注意不同学科领域知识与技能之间的融通与连接,通过科学的统一概念和原理(如物质、信息、能量、运动、系统等)、科学探究活动和科学、技术与社会关系的专题进行整合,使学生不仅了解各分科知识,还对科学有一整体的认识;六是对已有的科学知识要认真对待,但又不要把它人为地构成封闭系统,必须重视科学开放性与发展性的特点。
为此,我们在新的基础教育7—9年级科学课程标准中,精选了生命科学,物质科学,地球、宇宙与空间科学领域的最基本的内容;对生命科学领域提出了生命系统的构成层次,生物的新陈代谢,生命活动的调节行为,生命的延续与进化,人、健康与环境的关系等最基本的要求;对物质科学领域提出了常见的物质,物质的结构,物质的运动与相互作用,能与能源等最基本的要求;在地球、宇宙与空间科学领域中则介绍了地球、太阳和宇宙的基本情况,人类在空间科学技术领域的成就,地球环境中的阳光、大气、水、生物、地壳、土壤的相互联系、影响、制约的最基本的关系,并力图通过科学的统一概念与原理,科学探究,科学、技术与社会的关系对构成科学素养四个方面的整合,让学生从中学好科学,发展能力,培养素养。
2.突出科学探究,着力培养学生的科学探究能力
发展学生的科学素养离不开科学的认识过程,科学过程的本质是探究,教育的重要目标是促进学生的发展,科学课程应当体现这两者的结合,突出科学探究的学习方式,注重创设学习科学的情境,为学生在教师的指导与帮助下自己动手、动脑,主动进行科学探究,提供充分的条件和机会,使他们得以在科学探究的实践中,感受、领悟和理解的学习过程中实现一些重要科学素养的培养目标,而不只是被动地接受一些科学的结论。这是因为科学探究的学习过程能有效保持学生对自然的好奇心,激发他们的学习兴趣与求知欲,使他们体验探究过程的喜悦与艰辛,培养科学精神;能促进学生主动构建具有个体意义的科学知识与技能,习得科学探究思维的方式、方法和能力;科学探究的学习过程还有利于学生更多地接触生活和社会,从而领悟科学、技术与社会的互动关系。为此,在我国新的科学课程改革中,特别强调学生学习方式的变革。例如在7—9年级科学课程及其教材中把科学探究作为学生体验科学过程、理解科学本质、培养科学能力和学习科学知识的主要学习模式,要求学生多用探究的方式获取科学知识,掌握科学研究方法,提高分析和解决实际问题的能力。当然,我们也不是把科学探究视为唯一的方式,根据教学内容的不同,学生的学习方式可以是多样的,教学中要求运用各种教学方式与策略,让学生将探究方式的学习与其他方式的学习结合起来,以获得最佳的学习效果。
3.强调科学素养各要素间的结合与渗透,体现科学精神与人文精神的统一,全面提高学生的科学素养
正如前面已指出的,在当代,科学技术对社会进步的作用越来越明显。科学技术已经渗透到人们生活和工作的方方面面,正在迅速改变着人们的生活方式和工作方式,人们应积极顺应这种变化,将自己的生活和工作导入文明、科学的轨道,形成一种科学、文明、健康的生活方式。我国自古以来虽然有着伟大而丰富的文明成果和优良的文化传统,但相对来说,全社会的科学精神不足乃是一个缺陷,改革开放以来,实事求是的科学精神得到极大的发扬,近年来相继出现的一些与现代文明相悖的迷信、愚昧活动甚至,却干扰、破坏了健康的主流,严重阻碍着社会主义物质文明与精神文明建设。在学术界,科学道德的基本情况是好的,但在一定程度上也存在着急于求成、追求论文数量的情况和评价与宣传中一些浮夸不实的现象,一些违背科学道德的行为也偶有发生。这应当引起我们的极大警惕与关注。现代社会又一突出特点是人类在获得了改造自然甚至改造生命的巨大能力的同时,也产生了生态环境恶化、资源日益匮乏等一系列问题。因此,基础教育新课程改革中的科学教育,更应重视挖掘科学课程本身所蕴含的德育因素,将科学知识与技能、科学精神、过程方法与能力进行结合、渗透,努力反映科学、技术与社会的互动与关联,注重培养学生尊重事实、尊重科学、敢于质疑、勇于创新的科学精神,激发学生的好奇心与求知欲,使学生在探究过程中体验学习科学的乐趣,培养科学探索的热情,养成与自然界和谐相处的生活态度,了解科学、技术与社会之间的关系,有一个健康的心理和献身事业,服务社会、祖国与人类的胸怀与情操,把科学精神的培养与人文精神的塑造统一起来,从而为大面积提高学生的科学素养奠定坚实的基础。在我们7—9年级的科学课程标准和依据标准编写的教材中对此都作出了具体要求与呈现。
三、以科学的探究对象与历史发展为依据,构建科学课程体系
在义务教育阶段采用“综合型”,在高中阶段则以“分科型”为主,并在此基础上设置以综合实践活动为内容的研究性学习课程,这就是我们对基础教育阶段科学课程体系的意见。这种安排的认识依据,我认为有以下几点:
1.从科学探究客观对象进行考察
正如前面已经指出的,自然界是一个有规律的、不断运动变化着的、多样统一的综合体,而就人工制成的事物来说,只要仔细观察剖析,也无一不蕴涵着多种物质形态或多种运动形式,是多种机制的综合体。譬如一个具有一定功率的电动机,从物理机制讲是一个电磁运动向机械运动转换的问题,而它的构成和质量就涉及构成它的材料、机械加工的过程、绝缘的措施、安全防护与环保等多个方面。这里既有物理、化学问题,也有生物、环境问题。这样,对自然界包括其他物质客体的认识,就需要我们既要从分析的角度去剖析,又要从综合、整体的角度去探究。
2.从人类对自然认识发展的历史进行考察
再就认知规律来讲,从人类对整个自然界认知发展的历史考察:最初,人们把自然界作为一个整体从总的方面来观察,科学是笼统的自然哲学,它为人们把握自然界提供了一个总的画面;16世纪以后才进行分门别类的研究,形成各门学科分支,它使人们的认识得到深化;从19世纪至今,自然科学技术在总体上出现了结构性的综合化、整体化趋势,它使人们在更高层次从总体上去把握自然界。由此可见,人们对自然界的认识正经历着一个螺旋式前进上升的过程,由于个体认识的发展过程与人类认识的发展过程是一致的,所以,基础教育的科学课程按照“合—分—合”的思路来设计体系,是符合认识发展规律的,也反映了学生的认知发展历程。
3.从科学技术发展趋势进行考察
科学技术的发展一方面不断分化,一方面不断综合,但从总体上说,表现出一种结构性的综合化、整体化趋势。在新的世纪,虽然学科本身的进一步分化和继续向微观深入仍然是发展的重要方面,但是,进入现代科学时期以来,特别是近二、三十年,另一个新的方向正成为更具旺盛生命力的重要方面,甚至成为主流。这就是向着宏观、交叉、复杂的综合集成、整体化方向发展。像系统科学、生命科学、能源科学、地球科学、环境科学、空间科学、认知科学与脑科学及行为科学等综合性、交叉性、边缘性学科都已成为一批不断迅速发展的学科。“科学—技术—生产”的一体化和“科学—技术—社会”日益紧密相连的趋势,更突出地呈现在人们面前。分化和综合可以讲是并驾齐驱。
4.从“综合型”与“分科型”两类科学课程各自的特点进行考察
前者力图超越学科界限,统筹设计、整体规划,强调各学科领域知识的相互渗透和联系整合。它有利于改变长期以来初中课程存在的门类过多、学科间相互脱节、缺乏联系的弊病。这样的课程,有利于学生从整体上认识自然和科学,根据统一的科学概念和原理与各领域知识之间的联系来构建开放型的知识结构;有利于学生知识的迁移和学习能力的发展;有利于对学生科学探究能力培养的总体安排,使学生得到比较全面的科学方法的训练;有利于学生较为全面地关注和分析与科学技术有关的社会生活问题,获得对科学、技术与社会关系的理解,加深对人与自然、社会协调发展的整体认识。但综合型课程对任课教师与教学组织提出了更高的要求,为实施、推广带来了一定难度,必须作出更多、更大的努力。后者作为一种单学科的课程组织模式,它强凋不同学科门类之间的相对独立性,强调一门学科的逻辑体系的完整性。其开发以学科知识及其发展为基点,其组织则以学科知识的逻辑体系为线索,这样的课程,有利于突出教学的逻辑性与连续性,使学生能比较简捷有效地获取学科的系统知识,有利于体现教学的专业性、学术性与结构性,从而有效地促进学科尖端人才的培养,也有利于组织教学与评价,便于提高教学效率。但分科课程易轻视学生的需要、经验和生活,导致学科之间的割裂,从而限制学生的视野,束缚学生思维的广度。应该承认我国原有分科课程的这些缺点是比较突出的。而采取义务教育阶段与高中阶段综合与分科各有侧重的科学课程体系,既符合学生认知规律,又使两者可以互补,从而让学生得到比较全面的科学素养的培养。在这次新课程改革中,即使“分科型”的科学课程,像义务教育阶段在初中开设的物理、化学与生物也都强调科学素养各要素之间的整合,注重体现基础性、时代性、实用性和综合性,从而使课程内容存在繁、难、偏、旧和过于注重书本知识传授的传统分科课程有了显著改善。在义务教育阶段,3—6年级作为科学启蒙教育,统一采取综合型,而进入科学入门教育的7—9年级则采取了“分科型”与“综合型”并存的组织形式(主要是照顾到我国当前师资的专业结构现状),各地区、各学校可根据各自条件任选。与此同时,创设条件使“综合型”课程逐步得到推开。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部制订:《科学(7—9年级)课程标准(实验稿)》,北京师范大学出版社,2001年版。
[2]袁运开、蔡铁权主编:《科学课程与教学论》,浙江教育出版社,2003年版。
[3]教育部基础教育司组织编写:《走进新课程》,北京师范大学出版社,2002年版。
[4]教育部师范教育司组织编写,袁运开、王顺义主编:《基础教育新课程师资培训指导——初中科学》,东北师范大学出版社,2003年版。
摘要:从对科学的全面认识出发,揭示科学的本质属性,并据此导引出科学素养的内涵。进而在此基础上对全面培养学生科学素养提出立足学生发展的三条教育实施意见。最后通过对科学的探究对象、历史发展与认知规律以及“综合”与“分科”两类课程特点的考察,对中学阶段构建“合—分—合”科学课程体系作了论证。